约束的识别与约束力的分析

6/18/2023任务2 约束的识别与约束力的求作路桥区职教中心3课时6/18/2023[观察与思考]在日常生活中，我们看到：绳索悬挂的灯、支承在墙上或柱子上的梁都掉不下来；人坐在椅子上也摔不下来。为什么灯、梁和椅子上的人都不能向下运动呢？

一、 约束与约束力的概念约束：限制物体运动的物体在力学中称为约束约束力：约束对被约束物体的作用力约束力的特点：约束力是被动力，其方向总是与约束所能限制的运动方向相反，其作用效果是限制被约束物体的运动。主动力与约束反对应，主动使物体运动或使物体有运动趋势的力称为主动力，如重力、风压力、土压力等。主动力在工程上称为荷载6/18/20231．柔体约束

二、 几种常见的约束及其约束力柔体约束特点：由于柔体只能承受拉力，而不能承受压力，所以它们只能限制物体沿着柔体伸长方向的运动。柔体对物体的约束力是通过接触点，沿柔体中心线作用的拉力，即背离被约束的物体，常用字母FT表示绳索、链条、胶带等用于限制物体的运动时，称为柔体约束。6/18/20232.光滑接触面约束

这种约束只能限制物体沿着光滑面的垂线并指向光滑面的运动，而不能限制物体沿着光滑面或离开光滑面的运动。光滑面的约束力是通过接触点，沿接触面在该点的垂线方向作用的压力，即指向被约束的物体，常用字母FN表示当物体在接触处的摩擦力很小，可以略去不计时，它所受的就是光滑接触面约束。6/18/20233.链杆约束[观察与思考]钢结构雨蓬如图a、b所示，上部斜向直杆AB对下部水平杆BC起着怎样的约束作用呢？6/18/2023直杆AB只能限制横杆BC沿杆AB的轴线方向的运动，而不能限制其他方向的运动。在力学中把不计自重并两端用光滑销钉与物体相连的直杆称为链杆链杆只能限制物体沿链杆的轴线方向的运动，而不能限制其他方向的运动。所以，链杆的约束力沿链杆轴线，指向不定。6/18/20234.三种支座工程上把构件连接在墙、柱、基础等支承物上的装置称为支座。通常把它简化为三种支座。（1）可动铰支座[观察与思考]某高速铁路桥梁支承在桥墩上，如图a所示。桥墩是桥梁的支座，这种支座对桥梁起着怎样的约束作用呢？(b)(d)(c)6/18/2023可动铰支座的结构简图如图b所示，即用销钉把构件和支座连接，并将支座置于可沿支承面滚动的辊轴上，这就构成了可动铰支座。桥墩只能限制桥梁沿垂直于支承面方向的移动，不能限制桥梁绕桥墩转动和沿支承面方向的移动。我们把这种支座称为可动铰支座。(b)(d)(c)(b)(d)(c)可动铰支座的约束力通过构件与支承面，并垂直于支承面，方向可能向上，也可能向下。可动铰支座的计算简图如图c所示，支座反力常用字母FN表示工程实例在工程实际中，钢筋混凝土立交桥的桥梁端部伸缩缝处，一端常采用可动铰支座。其作用是：当因热胀冷缩而长度稍有变化时，可动铰支座相应地沿支承面滑动，从而避免温度变化引起的不良后果。6/18/2023（2）固定铰支座[观察与思考]图a所示的钢结构中，柱子与地面之间采用销钉连接，地面对柱子起着怎样的约束作用呢？(a)(b)地面为柱子的支座，柱子不可能产生上下、左右移动，但可以产生微小的转动。我们把地面对柱子的这种支承称为固定铰支座。(a)(b)因为柱子受到上下、左右移动的限制，即固定铰支座有两个方向的约束力，其大小未知。因此，我们常采用两个互相垂直的未知力Fx、Fy表示，如图c所示，但其约束力也可以用一个不知大小和方向的力FRA（图d）表示。将构件用圆柱形销钉与支座连接，并将支座固定在支承物上，就构成了固定铰支座，如图a所示。固定铰支座的计算简图如图b所示。（a）（b）（c）（d）FAX门能转动，但是不能左右上下移动，所以这是固定铰支座[观察与思考]房屋建筑中的门框与门扇之间用合页连接，如图，合页对门框与门扇起着怎样的约束作用呢？圆柱铰链的计算简图如图b所示，约束力如图c或d所示。如将一个圆柱形光滑销钉插入两个物体的圆孔中，就构成了圆柱铰链（图a），圆柱铰链常简称为铰链。可见圆柱铰链的约束性能与固定铰支座相同。圆柱铰链的约束力也垂直于销钉轴线，用两个互相垂直的未知力Fx、Fy来表示6/18/2023由于阳台梁与框架结构现浇在一起，框架结构把阳台梁固定住，框架结构限制了阳台梁沿任何方向的移动，同时也限制了阳台梁的转动。（3）固定端支座[观察与思考]钢筋混凝土框架结构中阳台梁呈悬挑形式，它的一端悬空，另一端与框架结构现浇后固定在一起，如图a所示。框架结构对阳台梁起着怎样的约束作用呢？构件与支承物固定在一起，构件在固定端既不能沿任何方向移动（也就是说上下、左右都不能移动），同时也不能转动，我们把这种支承称为固定端支座。固定端支座的计算简图如图所示。固定端支座的约束力有三个未知数：作用于固定处的水平约束力Fx和竖向约束力Fy，还有一个阻止转动的力偶矩Me。[做一做]用手紧握住你所坐的凳子与用手勾住你所坐的凳子使凳子静止，用心体验一下你的手用力有何不同？并分别画出凳子的受力图。受力分析受力分析固定端支座混凝土约束名称约束简图约束性能约束力求作未知数个数柔体约束

只能受不能受

1光滑接触面约束

限制沿光滑面的并光滑面的运动

限制沿于支承面方向的移动

限制沿链杆方向的移动

固定铰支座

限制沿着两个